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Selbstreinigender rohrförmiger Reaktor
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Die Erfindung betrifft einen selbstreinigenden rohrförmigen Reaktor
entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Selbstreinigende Reaktoren dieser
Art sind aus der DE-AS 1 137 216 bekannt. Sie enthalten einen um die Reaktorachse
rotierenden rahmenförmigen Rührer, der die Innenwand des Reaktors in geringem Abstand
überstreicht und sie dadurch von festen Abscheidungen des Reaktionsgutes freihält.
Damit sich an dem Rührer selbst keine Absetzungen bilden, wird dieser mittels einer
Abstreiferscheibe gereinigt, die über eine Zugstange achsenparallel in dem Reaktor
verschiebbar ist und zusammen mit dem Rührer rotiert. Die Zugstange wird durch eine
Stopfbuchse im Reaktorboden geführt. Es ist nicht möglich, die Stopfbuchse so abzudichten,
daß bei der Auf- und Abbewegung der Zugstange nicht Anteile des Reaktionsgutes in
die Stopfbuchse hinein gezogen oder ein Schmiermittel aus der Stopfbuchse in das
Reaktionsgut gelangt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu vermeiden
und dadurch Verunreinigungen des Reaktionsgutes durch Schmiermittel aus der Stopfbuchse
und insbesondere das Einschleppen des Reaktionsgutes in die Stopfbuchse auszuschließen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen rohrförmigen Reaktor mit den Kennzeichen
des
Anspruchs 1 gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen Reaktor wird wie
bei dem bekannten Reaktor die gesamte Innenwandung des Reaktors durch einen achsenparallel
verschiebbaren Durchmischungskörper in geringem Abstand überstrichen und dadurch
von Ansetzungen freigehalten.
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Anstelle einer in den Reaktor ein-und ausführenden Zugstange dient
jedoch eine Gewindespindel zur Auf- und Abbewegung des Durchmischungskörpers. Zum
Bewegen des Durchmischungskörpers bedarf es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
nur eines die Reaktorwandung durchdringenden rotierenden Antriebs. Der Antrieb wird
zwar ebenso wie bei der bekannten Vorrichtung mittels einer Stopfbuchse abgedichtet.
Da die Antriebswelle in der Stopfbuchse jedoch nur eine Rotationsbewegung durchführt,
kann sie an ihrer Oberfläche nicht Anteile des Reaktionsgutes in die Stopfbuchse
einschleppen oder Schmiermittel aus der Stopfbuchse in das Reaktionsgut austragen.
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Der Durchmischungskörpet wird erfindungsgemäß durch Rotation relativ
zur Gewindespindel achsenparallel verschoben. Dabei kann die Gewindespindel über
eine von außen angetriebene Welle gedreht werden, während der Durchmischungskörper
keine Rotationsbewegung ausführt. Man kann aber auch umgekehrt die Gewindespindel
feststehend anordnen und den Durchmischungskörper in eine Rotationsbewegung versetzen.
Dies kann z.B. durch einen um die Reaktorachse rotierenden rahmenförmigen Rührer
geschehen. Es kann zweckmäßig sein, sowohl für die Gewindespindel als auch für den
Durchmischungskörper eine Rotationsmöglichkeit vorzusehen, wobei jedoch während
der Verschiebung des Durchmischungs-
körpers stets eine relative
Drehbewegung zwischen Spindel und Durchmischungskörper stattfinden muß.
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Die relative Drehbewegung wird periodisch umgekehrt, wenn der Durchmischungskörper
an einem Endpunkt seines Laufweges längs der Reaktorachse angekommen ist. Die Drehrichtung
der durch die Stopfbuchse laufenden Antrieb welle kann z.B. in festgelegten Zeitabständen
oder nach einer festgelegten Zahl von Umdrehungen oder beim Uberschreiten eines
festgelegten Grenzwertes des Drehwiderstandes oder durch das Ansprechen eines Fühlers,
der beim Anschlag des Durchmischungskörpers am Ende seines Laufweges ausgelöst wird,
mittels einer geeigneten Steuerungsvorrichtung umgekehrt werden. Besonders zweckmäßig
ist es, jeweils die Drehrichtung eines elektrischen 4ntriebsmotors =u ändern.
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Der Durchmischungskörper hat vorzugsweise eine dem Reaktordeckel und
-boden angepaßte Gestalt, so daß er sich an den Endpunkten seines Laufweges dem
Reaktordeckel bzw. -boden bis auf einen geringen Abstand nähert.
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Wenn der Reaktordeckel und -boden flach sind, genügt eine flache Scheibe
als Durchmischungskörper. Bei einem gewölbten Reaktorboden oder Deckel wird ein
Durchmischungskörper mit einer entsprechenden Wölbung verwendet. In einem vollständigen
Bewegungszyklus des Durchmischungskörpers wird daher die gesamte Wandung des Reaktors
einschließlich der Oberfläche des Durchmischungskörpers selbst in geringem Abstand
überstrichen und eventuell beginnende Änsetzungen aus dem Reaktionsgut gelöst.
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-ur Verhinderung von Verschleiß ist es nicht zweckmäßig, daß der Durchmischungskörper
die Wände des Reaktors selbst berührt. Ein Abstand von 0,1 bis 5 mm ist in den
meisten'Fällen
ausreichend und geeignet, um .Absetzungen zu verhindern. Zwischen der Gewindespindel
und dem zentralen Innengewinde des Durchmischungskörpers wirkt das flüssige Reaktionsgut
als Schmiermittel. Da sich der Durchmischungskörper an der Gewindespindel ständig
weiter bewegt, wird das Reaktionsgut immer nur kurzzeitig zwischen den Gewindegängen
eingeschlossen und kann sich wegen der hohen Scherkräfte dort nicht ansetzen.
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Der Durchmischungskörper teilt den Reaktionsraum in zwei Kammern von
ständig wechselnder Größe. Das Reaktionsgut muß daher von der einen in die andere
Kammer fließen können. Zu diesem Zweck ist die Gesamtfläche des Durchmischungskörpers
etwas kleiner als die freie Querschnittsfläche des rohrförmigen Reaktors. Wenn der
Spalt zwischen der Reaktorwand und dem Rand des Durchmischungskörpers für den Durchtritt
des Reaktionsgutes nicht ausreicht, so muß der Durchmischungskörper eine oder mehrere
Durchbrechungen haben. Diese Durchbrechungen bzw. der zwischen dem Durchmischungskörper
und der Reaktorwand bestehende Spalt sollen eine solche Breite haben, daß die Strömungsgeschwindigkeit
des durchtretenden Reaktionsgutes Absetzungen verhindert. Die Größe der freien Durchtrittsfläche
zwischen den beiden Kammern des Reaktionsraumes ist entsprechend der Viskosität
des zu verarbeitenden Reaktionsgemisches und der Bewegungsgeschwindigkeit des Durchmischungskörpers
in Abhängigkeit von der zur Vermeidung von Absetzungen nötigen Strömungsgeschwindigkeit
festzulegen. Je größer die Neigung zur Bildung von anhaftenden festen Abscheidungen
aus dem Reaktionsgemisch ist, desto größer muß die Strömungsgeschwindigkeit zwischen
den
beiden Kammern sein, d.h. desto höher muß die Bewegungs geschwindigkeit des Durchmischungskörpers
und um so kleiner der freie Strörnungsquerschnitt sein.
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Eine gleichmäßige 7usammensetzung des Reaktionsgemisches in den beiden
Kammern des Reaktors wird am besten dadurch gewährleistet, daß man bei kontinuierlichem
Betrieb das Reaktionsgemisch am Reaktordeckel eintreten und am Reaktorboden austreten
läßt, oder umgekehrt. Absetzungen im Bereich der Rührwelle können dadurch vermieden
werden, daß die Ein- oder Austrittsöffnung nahe an die Lager der Antriebswelle gelegt
werden.
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Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in F i g u r 1 dargestellt.
Sie zeigt im Längsschnitt einen Rohrreaktor (1) mit einer rotierenden Gewindespindel
(2), die mit dem Durchmischungskörper (3) im Eingriff steht. Der Reaktor eignet
sich besonders für die Verarbeitung von viskosem Reaktionsgut. Durch die Viskosität
des Reaktionsgutes wird der Durchmischungskörper (3) gebremst, so daß er eine relative
Drehbewegung zur Gewindespindel (2) ausführt. Sobald er an seinem oberen oder unteren
Anschlagspunkt angelangt ist, ist eine weitere Relativbewegung ausgeschlossen, so
daß sich der Durchmischungskörper synchron mit der Gewindespindel zu drehen beginnt.
Durch die dabei auftretenden hohen Scherkräfte zwischen dern Durchmischungskörper
und dem Reaktorboden oder -deckel werden eventuelle Absetzungen sofort gelöst. Sobald
die Rotationsrichtung der Antriebsspindel umgekehrt wird, bewegt sich der Durchmischungskörper
(3) wieder in umgekehrter
Richtung, bis er am gegenüberliegenden
Endpunkt anschlägt und die Drehrichtung erneut umgekehrt wird.
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Die Zulaufleitung (4) ist unterhalb der Stopfbuchse (5) in dem Wellenstutzen
(6) angeordnet. Für den Ablauf ist eine zentrale Leitung (7) im Reaktorboden im
Bereich des Drehlagers (8) am unteren Ende der Gewindespindel (7) vorgesehen.
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Der Reaktionsraum kann, wie in F i g u r 7 dargestellt, nach Art einer
Reaktorkaskade in eine Atehrzahl von Kammern ohne Rückvermischung geteilt werden.
Die Kammern sind durch Trennwände (9) voneinander abgeteilt.
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Durch zentrale Löcher in den Trennwänden (9) verläuft die Gewindespindel
(2) durch sämtliche Kammern (10, 11, 12...).
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In jeder Kammer befindet sich ein eigener Durchmischungskörper (3,
3', 3"), die synchron auf- und abbewegt werden.
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Eine Ausführungsform des erfindungsgeutäßen Reaktors mit gegenüber
dem Reaktor feststehender Gewindespindel (13) und gegenüber dem Reaktor rotierendem
Durchmischungskörper (14) ist in F i g u r 3 im Längsschnitt dargestellt. F i g
u r 4 zeigt einen Querschnitt in Höhe des Durchmischungskörpers (14). Die Rührwelle
(15) treibt den rahmenförmigen Rührer (16) an, der beständig die gesamte Innenwand
des Reaktors in geringem Abstand überstreicht. Der Durchmischungskörper (14) weist
Ausnehmungen (17) auf, in die der Rührer (16) eingreift. Der Rührer treibt den Durchmischungskörper
(14) an, so daß er eine relative Drehbewegung um die feststehende Gewindespindel
(13) ausführt. An seiner Ober- und Unterseite weist der Durchmischungskörper (14)
Äusnehmungen (1S)
und (19) auf, in die sich an den Endpunkten seines
Laufweges die Arme (20) und (21) des Rührers (16) einfügen.
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Dadurch kann der Durchmischungskörper (14) dicht an den Reaktorboden
oder -deckel herantreten, wobei er von eventuellen Absetzungen gereinigt wird. Damit
bei einer Verzögerung oder beim Ausfall der Drehrichtungsumkehr der Antriebswelle
(15) nach dem Anschlag des Durchmischungskörpers am oberen oder unteren Endpunkt
der Durchmischungskörper nicht unter Zerstörung des Rahmenrührers über den vorgesehenen
Anschlagpunkt hinaus bewegt wird, ist es zweckmäßig, den Fuß (22) in einer Rutschkupplung
zu lagern.
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Der erfindungsgemäße Reaktor eignet sich in besonderem Maße zur Durchführung
von Polymerisationsreaktionen, bei denen mit fortschreitender Reaktion die Viskosität
des Reaktionsgutes zunimmt. Hier besteht stets die Gefahr, daß sich in Teilen des
Reaktionsraumes, die nicht zwangsweise durchmischt werden, insbesondere an der Innenwand
des Reaktors oder an der Oberfläche der Rührvorrichtung, Anteile des Reaktionsgutes
mit einem höheren Umsetzungsgrad und infolgedessen höherer Viskosität festsetzen.
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Wenn sie nicht in kurzen Abständen entfernt werden, dehnen sich diese
Zonen immer weiter aus und verfestigen sich, bis eine weitere Durchmischung des
Reaktionsgutes unmöglich wird und die gesamte Reaktorfüllung erstarrt. Um diese
Gefahr auszuschließen, wurden bisher Doppelschneckenmaschinen oder ähnliche Reaktoren
mit mehreren, um getrennte Achsen rotierenden Rühr-oder Knetorganen verwendet, die
sich gegenseitig reinigen. Vor diesen Reaktoren haben die erfindungsgemäßen Vorrichtungen
den Vorzug einer wesentlich einfacheren und billigeren Konstruktion.
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